NL8006589A

NL8006589A - Werkwijze en inrichting voor de verspreiding van brandbare gassen in de atmosfeer.

Info

Publication number: NL8006589A
Application number: NL8006589A
Authority: NL
Original assignee: Elf Aquitaine
Priority date: 1979-12-07
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1981-07-01
Also published as: US4393990A; FR2470632B1; CA1153685A; NO803692L; FR2470632A1; GB2065931A; GB2065931B; NO164885B; NO164885C; US4460128A

Description

' · *

S03390/Ke/TH

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor de verspreiding van brandbare gassen in de atmosfeer.

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Flavien Lazarre.

De uitvinding heeft betrekking op een verbetering van de werkwijzen en inrichtingen waarmee een verspreiding van af-valgassen in de atmosfeer kan worden uitgevoerd in de vorm van mengsels met gecontroleerde samenstelling, en in het bijzonder mengsels 5 waarin het percentage afvalgas kleiner is dan de onderste explosie-grens (OEG).

Er zijn verschillende inrichtingen bekend voor het verspreiden van de gassen in de atmosfeer; zij zijn zowel voorgesteld om het gas op atmosferische druk te brengen als om een men-10 ging met de lucht te verkrijgen in zodanige verhoudingen dat dit mengsel niet explosief is en niet als verontreinigend wordt beschouwd.

De koude toortsen of windtoortsen omvatten middelen om het gas tevoren te ontspannen tot een druk die slechts wei-15 nig hoger is dan de atmosferische druk. Deze koude toortsen moeten geconstrueerd worden met dezelfde voorzorgen als voor de warme toortsen, want op elk moment is ontbranding mogelijk, minstens als gevolg van weersinvloeden zoals statische elektriciteit of de bliksem. De bouw van de koude toortsen is dus even duur als die van de warme 20 toortsen. Bovendien moet men er, wanneer dergelijke installaties op de juiste wijze functioneren, steeds op bedacht zijn dat er, gedurende perioden zonder wind, geen explosieve wolken worden gevormd, waardoor een gevaarlijke situatie zou ontstaan voor een groot aantal zeeplatforms, want deze inrichting wordt vooral op zee ge-25 bruikt.

Een ander type verspreidingsinrichting is beschreven in aanvraagsters Franse octrooischrift 2.225*200. Deze wordt gevormd door een mengselleiding die in hoofdzaak cilindrisch is en een symmetrieas heeft, voorzien van een coaxiale injector 30 die verbonden is met een bron van gas onder druk. Deze inrichtingen kunnen worden gevoed met de variabele druk van een te reinigen oven of met de constante druk van een afvoerleiding.

Bij deze inrichting wordt de kinetische energie van het gas onder druk gebruikt om de voor het mengsel benodigde \ 8006589 . 2-- lucht in beweging te brengen.

Al of niet met een optimalisatieinrichting, met een injector of meerdere injectors, stelt het gebruik van deze ver-spreidingsinrichtingen problemen door de omvang wanneer het bij de 5 installatieprojecten gaat om steeds grotere te verwerken gashoeveelheden.

De uitvinding maakt het mogelijk om deze moeilijkheid te ondervangen door het gas door een mondstuk uit te stoten met een druk die hoger is dan de uitblaasdruk en lager dan de stabiele 10 ontbrandingsdruk bij aanwezigheid van een vlam, waarbij deze drukken van uitblazen en stabiel ontsteken worden gedefinieerd in afhankelijkheid van de oppervlakte van het spuitstuk.

De keuze van de druk binnen het bovengenoemde gebied maakt het onnodig om een mengleiding te gebruiken, wat het 15 meest omvangrijke onderdeel is van de atmosferische verspreiders.

Wanneer een gas wordt uitgestoten met een hoog gehalte aan methaan, 959» en meer, met een snelheid die kleiner is dan of gelijk aan de geluidssnelheid, varieert de waarde van de minimale druk van enkele honderden Pa tot 200.000 Pa relatief, en de 20 waarde van de maximale druk varieert bovendien van 9*000 kPa tot ongeveer 1..20Q kPa relatief, wanneer de oppervlakte van de uitstoot- 2 2 opening varieert van enkele mm tot 300 mm .

Wanneer het gas wordt uitgestoten met een snelheid die groter is dan de geluidssnelheid, varieert de waarde van 25 de minimale druk van enkele honderden Pa tot 250 kPa relatief, en de waarde van de maximale druk van meer dan 15.000 kPa tot ongeveer 2.000 kPa relatief wanneer de oppervlakte van de uitstootopening 2 2 varieert van enkele mm tot 300 mm .

Wanneer de druk van het brandbare gas afnemend 30 een waarde bereikt dichtbij de minimale druk, wordt overgegaan tot een inspuiting van inert gas (stikstof, koolzuurgas enz.) om een zodanige verdunning van het gas te veroorzaken dat de samenstelling van het verdunde gasmengsel en lucht in de aldus gevormde vrije straal komt te liggen beneden die van de onderste ontbrandingsgrens, 35 dus het gas ogenblikkelijk ontbrandbaar te maken om een eventuele vlam door gebrek aan voeding te doven.

IjggJ Voor de gassen met een methaangehalte benden 1 95#i en afhankelijk van de aard van de verhoudingen van de andere \8006589 - 3 - bestanddelen, dienen geschikte minimale en maximale drukken te worden berekend.

Een inrichting volgens de uitvinding voor het verspreiden van brandbaar gas in de atmosfeer wordt gevormd door ten 5 minste een spuitstuk van welk de opening een bepaald doorsnedeopper-vlak heeft, welk spuitstuk het einde vormt van een leiding met een inwendige doorsnede die groter is dan de doorsnede van het spuitstuk, in welke leiding een middel is aangebracht om de doorsnede ervan te veranderen, van welk middel de besturing verbonden is met 10 een inrichting voor controle van de uitstootdruk van het spuitstuk, zodat die druk gehouden wordt tussen een minimale waarde die hoger is dan de waarde van de uitblaasdruk en een maximale waarde die beneden de waarde ligt van de stabiele ontbrandingsdruk in aanwezigheid van een vlam, welke minimale en maximale waarden van de uit-15 stootdruk, gemeten onmiddellijk bovenstrooms van het spuitstuk, worden bepaald voor een gas met een bepaalde samenstelling als functie van het doorsnedeoppervlak van de opening van het spuitstuk.

Een inrichting voor het verspreiden van brandbare gassen in de atmosfeer wordt, in andere uitvoeringen, gevormd door 20 ten minste één spuitstuk waarvan de opening een doorsnede heeft met een oppervlak dat instelbaar is tussen een minimale waarde en een maximale waarde, door een besturingsmiddel dat verbonden is met een inrichting voor controle van de uitstootdruk van het spuitstuk zodanig dat die druk gehouden wordt tussen een minimale waarde die 25 boven de waarde ligt van de uitblaasdruk, en een maximale waarde die beneden de waarde ligt van de stabiele ontbrandingsdruk in aanwezigheid van een vlam, welke minimale en maximale waarden van de uitstootdruk voor een gas van een bepaalde samenstelling worden bepaald als functie van elke waarde van het oppervlak van de doorsnede 30 van de opening van het spuitstuk.

Een inrichting, wanneer die wordt gevormd door een aantal divergerende spuitstukken, elk met een opening waarvan het doorsnedeoppervlak S is, waarmee een middellijn d = \JkS /'Jf overeenkomt, met een minimale hoek 0tussen de assen van de naburige 35 spuitstukken, wordt gekenmerkt doordat D/d^80 enOt.^-200.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de 0 hand van de bijgaande tekening van enkele uitvoeringsvoorbeelden.

t/ Fig. 1 toont een atmosferische verspreidingsin- 1 8006589 -inrichting met een spuitstuk dat een vaste middellijn heeft;

Fig. 2 toont een soortgelijke inrichting met variabele middellijn;

Fig. 3 toont een atmosferische verspreidingsin-5 richting met drie spuitstukken;

Fig. k is een grafiek druk/spuitstukdoorsnede.

Men ziet in Fig. 1 een spuitstuk 1, met een vaste middellijn d^, aan het uiteinde van een verticale leiding 2 met middellijn d^, die aangesloten is op een horizontale voedingslei» 10 ding 3·

De middellijn d^ van het spuitstuk 1 is kleiner dan de middellijn d^ van de leiding 2.

De leiding 3 is voorzien van een kraan 4, waarvan de bedieningsinrichting 5 wordt bestuurd door pulsen die afkomstig 15 zijn van de controleinrichting 6. Deze laatste inrichting 6 is door een geleider 7 verbonden met een drukdetector 8 die geplaatst is in de leiding 2 nabij het mondstuk 1. Als de druk van de voedingsbron lager is dan of gelijk aan de stabiele ontbrandingsdruk, heeft de kraan k geen doel meer.

20 Fig. 2 toont een spuitstuk 1 met een variabele middellijn d^ aan het einde van een verticale leiding 2 met middellijn d^ die aangesloten is op een horizontale voedingsleiding 3·

Het spuitstuk 1 is verbonden met een bedieningsinrichting 5 die zelf wordt bestuurd door pulsen die afkomstig zijn 25 van een controleinrichting 6. Deze laatste inrichting 6 is door een geleider 7 verbonden met een drukdetector 8 die geplaatst is in de leiding 2 nabij het spuitstuk 1.

De middellijn d^ van het spuitstuk met variabele middellijn is in elk geval kleiner dan de middellijn d^ van de lei-30 ding 2.

Fig. 3 geeft schematisch perspectivisch een atmosferische verspreidingsinrichting weer met drie spuitstukken.

Elk van de spuitstukken zoals 1 ligt in het verlengde van een rechte leiding 2 die met elk van de naburige leidingen ' 35 een hoekOi. maakt, zodanig dat de drie leidingen bij elkaar komen op een plaats 9» waar deze leidingen aansluiten' cp een voedingslei- @ding 10.

Eenvoudigheidshalve en omdat dit het meest alge- x 8 0 0 6 5 8 9 -** i - 5 - mene geval is, zijn in Fig. 3 de drie rechte leidingen 2 ook getekend onder een hoek ten opzichte van een verticale as.

Met een dergelijke atmosferische verspreidings-inrichting volgens de uitvinding wordt voldaan aan de twee volgende 5 voorwaarden: D/d^ > 80 en 0(. > 20°.

Fig. 4 wordt gevormd door een grafiek met een dubbel logarithmische schaal, waarop langs de verticale as de druk is 5 weergegeven in eenheden van 10 Pa, en langs de horizontale as het p 10 doorsnedeoppervlak van de opening van het spuitstuk in mm .

Deze grafiek is gemaakt voor het gas dat 95# methaan bevat, 3# ethaan en de rest hogere homologen en inerte gassen.

In fig. k kunnen twee krommen worden onderscheiden: - een getrokken kromme XX - X'X' waarvan het ge-15 deelte XX de uitblaasdruk voorstelt en het gedeelte X'X' de stabiele ontbrandingsdruk voor de spuitstukken met een stroming waarvan de snelheid hoogstens gelijk is aan de geluidssnelheid, zoals de cilindrische spuitstukken, en - een met een gebroken lijn getekende kromme 20 TT - Y'Y', waarvan het gedeelte YY de uitblaasdruk voorstelt en het gedeelte Y'Y' de stabiele ontbrandingsdruk voor een spuitstuk met supersone stroming, bij voorbeeld een convergent-divergent spuitstuk zoals een zogenaamde Lavalpijp, zoals vermeld in paragraaf 1,283 van uitgave <71Μ*2-13* hoofdstuk Mécanique des fluides, door 25 Georges Cohen de Lara, deel Chimie et Génie Chimique I, 19&5 (Les Techniques de l'Ingénieur - 21, Hue Cassette- Paris VIe).

De krommen AB-CD vormen een voorstelling van de plaatsen van de minimale en maximale druk voor stromingssnelheden lager dan de geluidssnelheid.

30 De krommen A'B'-C'D· vormen een voorstelling van de minimale en maximale druk voor stromingssnelheden groter dan de geluidssnelheid.

In dezelfde grafiek van fig. k zijn stukken ingetekend van krommen die de uitstootdruk voorstellen als functie van 35 de doorsnede van het spuitstuk voor bepaalde débietwaarden < (Q . 103 nrVj), en wel volgens de formule

Q = k.S.P

2 waarin S de doorsnede van het spuitstuk is in mm , P de uitstootdruk in Pa en k een coëfficiënt die karakteristiek is voor het uitgestoten - 6 - gas.

Deze grafiek toont dat de overgang van het spuit-stuk met geblokkeerde sonische stroming naar het spuitstuk met supersone stroming gepaard gaat met een aanzienlijke verbetering van 5 de eigenschappen van de installatie wat betreft de maximaal toelaatbare debietwaarden.

Voor gassen met een minder groot methaangehalte, zoals 85#» terwijl het resterende gedeelte hoofdzaleLijk wordt gevormd door inerte gassen zoals stikstof of CO^ met enkele procenten 10 hogere homologen, zal men een soortgelijke grafiek verkrijgen als die van fig. k met een vergroting naar boven en naar beneden van het gebied van niet-ontbranding. Dit verschijnsel wordt nog \ersterkt wanneer het gehalte aan inert gas toeneemt.

Omdat de OEG van zuiver methaan ongeveer 5% be-15 draagt, voor mengsels van methaan en inert gas, neemt de OEG toe wanneer het gehalte aan inert gas toeneemt. Deze OEG kan toenemen totdat een onontbrandbaarheid van het mengsel wordt waargenomen wanneer het gehalte aan inert gas 50% nadert.

Voor gassen die aanzienlijke hoeveelheden hogere 20 homologen bevatten, wordt het gebied van onontbrandbaarheid aanzienlijk kleiner, doordat de kromme die representatief is voor de uitblazende druk wordt verplaatst in de richting van toenemende druk.

* 8006589

Claims

1. Werkwijze voor het verspreiden van brandbare gas sen in de atmosfeer, met het kenmerk, dat het gas wordt uitgestoten door ten minste één opening met een bepaald doorsnede-5 oppervlak, bij een druk welke ligt boven een minimale druk die zelf ligt boven de uitblaasdruk en beneden een maximale druk, die zelf ligt beneden de stabiele ontbrandingsdruk in aanwezigheid van een vlam, welke minimale en maximale drukken worden bepaald als functie van het doorsnedeoppervlak van de uitstootopening. 10 2. . Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de waarde van de minimale druk varieert van enkele honderden Pa tot 200 kPa en de waarde van de maximale druk varieert van 9.000 kPa tot ongeveer 1.200 kPa relatief, wanneer het p oppervlak van de uitstootopening varieert van enkele mm tot 15 600 mm^.

3· Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de waarde van de minimale druk varieert van enkele honderden Pa tot 250 kPa relatief en de waarde van de maximale druk varieert van 1.500 kPa tot ongeveer 2.000 kPa relatief wanneer 2 20 het oppervlak van de uitstootopening varieert van enkele mm tot 300 mm^· **·· Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat, bij een waarde van de druk van hét brandbare gas die afneemt en dicht bij de waarde van de minimale druk komt, 25 een inspuiting van inert gas wordt uitgevoerd zodanig dat de samen stelling van het verdunde gas leidt tot een mengsel in lucht beneden de onderste ontbrandingsgrens, en wel totdat de druk van het brandbare gas lager is geworden dan de uitblaasdruk.

5· Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 30 kenmerk, dat, wanneer de waarde van de druk van het brandbare gas afneemt en dichtbij de waarde van de minimale druk komt, een inspuiting van inert gas wordt uitgevoerd om het gas onbrandbaar te maken.

6. Inrichting voor verspreiding van brandbaar gas in 35 de atmosfeer, met het kenmerk, dat deze wordt gevormd ''-.Jj door ten minste een spuitstuk waarvan de opening een bepaald oppervlak j heeft, welk spuitstuk het einde vormt van een leiding met een in- I wendige doorsnede die groter is dan de doorsnede van het spuitstuk, 8006589 - 8 - in /welke leiding een inrichting is geplaatst om de doorsnede ervan te laten variëren, welke inrichting een besturing heeft die gekoppeld is met een inrichting voor controle van de uitstootdruk van het spuitstuk zodanig dat die druk gehouden wordt tussen een minimale 5 waarde die ligt boven de waarde van de uitblaasdruk en een maximale waarde die ligt beneden de waarde van de stabiele ontbrandingsdruk in aanwezigheid van een vlam, welke minimale en maximale waarden van de uitstootdruk voor een gas met een bepaalde samenstelling worden bepaald als functie van het oppervlak van de opening van 10 het spuitstuk. 7* Inrichting voor de verspreiding van brandbare gas sen in de atmosfeer, met het kenmerk, dat deze wordt gevormd door ten minste één spuitstuk waarvan de opening een door-snedeoppervlak heeft dat instelbaar is, tussen een minimale waarde 15 en een maximale waarde, door een bedieningsinrichting die verbonden is met de inrichting voor controle van de uitstootdruk van het spuitstuk zodanig dat die druk gehouden wordt tussen een minimale waarde die ligt boven de waarde van de uitblaasdruk, en een maximale waarde die ligt beneden de waarde van de stabiele ontbrandingsdruk 20 in aanwezigheid van een vlam, welke minimale en maximale waarden van de uitstootdruk voor een gas met een bepaalde samenstelling worden bepaald als functie van elke waarde van het oppervlak van de opening van het spuitstuk.

8. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, gevormd 25 door een aantal divergerende spuitstukken waarvan de openingen een oppervlak S hebben waarmee een middellijn d = V ^S/ overeenkomt, met een minimale hoek OC tussen de hartlijnen van de naburige spuitstukken, met het kenmerk, dat D/d ^-80 en 0t>20°. ^ 8006589